Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 43
Текст из файла (страница 43)
264 Внешний вид типичной волноводной детекторной головки показан на рис. 8.29. На весьма коротких волнах иногда идут по пути конструктивного объединения детектора и детекторной головки. В режиме непрерывной генерации ток, выпрямленный детектором, обычно измеряется магнитоэлектрическим микроамперметром. Если же генератор СВЧ колебаний работает в импульсном режиме с большим коэффициентом скважности, то вместо микро- амперметра, измеряющего средний выпрямленный ток, следует использовать какой-либо индикатор, позволяющий измерять пиковое значение выпрямленного тока.
с, В противном случае в результате большого тока в импульсе возможно перегорание детектора, хотя измеряемое среднее значение тока может быть весьма малым. В качестве безынерционного индикаРис. 829. Внешний вид настраивае- тора большей частью исмой детекторной головки 3-с~ диа- пользуется осциллограф.
назона (схему устройства см. на рис. 8.25, а) Отсчет амплитуды сигнала производится непосредственно по величине импульса или меандра на экране осциллографа. Пользуясь импульсным осциллографом со ждущей разверткой, можно наблюдать форму огибающей генерируемого высокочастотного импульса и измерять его длительность. Это существенно при работе с мощными импульсными приборами СВЧ вЂ” магнетронами, платинотронами, многорезонаторными клистронами и некоторыми типами ламп бегущей волны.
Перейдем к рассмотрению термисторных головок. Термистор — полупроводниковый прибор, сопротивление которого сильно зависит от величины подводимой мощности, т. е. от нагревания полупроводника. Устройство типового бусинкового терлистора* для диапазона сверхвысоких частот показано на рис. 8.30. В качестве полупроводника используется смесь окислов металлов, например, магния, меди, никеля, кобальта, цинка и ванадия. Диаметр бусинки обычно выбирается порядка десятых долей миллиметра с тем, чтобы обеспечить эквивалентность теплового эффекта от постоянного и высокочастотного токов. Типичная * Помимо бусинковых термисторов, существуют конструкции термисторов, предназначенные длн работы в цепях низкой частоты в качестве компенсирующих элементов, термодатчиков, регуляторов и др. статическая вольтамперная характеристика термистора показана на рис.
8.31. Основное назначение бусинкового термистора — измерение малой мощности СВК. Термистор включается в высокочастотный тракт таким образом, чтобы обеспечить поглощение в бусинке Рис. 830. Схема устройства бусинкового термистора для сверхвысоких частот (а) и устройство бусинки в увеличенном мас- штабе (б) 1 — стеклянная колбочка 2 — выводы 3 — тонкие проволочные вводы, 4 — бусинка, б — медная трубка термистора всей высокочастотной мощности, поступающей в тракт.
Элементы высокочастотного тракта, в которые включаются термисторы, называются термисторными головками. Примеры устройства настраиваемой волноводной и ненастраиваемой коаксиальной тер мист орных головок показаны на рис. 8.32 и 8.33. 4 Принципиально термисторные головки сходны с детекторными головками. Однако требования, предьявляемые к термисторным головкам, значительно жестче, по- 1 скольку требуется измерять не относительную, а абсолютную величину мощности высокочастотных Рис. 8.31. Типичная статиче колебаний. Так, существенно, что- ская характеристика бусинкобы потери мощности в контактах вого термистора. Через А обо- значено примерное положение и другие виды активных потер~ рабочей точки при измерении были достаточно малы.
Значитель- СВЧ мощности 267 ное рассогласование термисторной головки также может привести к погрешностям при измерении мощности. Наконец, к термисторным головкам часто предъявляются требования широкополосности при фиксированной настройке. Внешней цепью термистора является мостовая схема, одним из плеч которой является сам термистор. Простейшая схема тер- Рис.
8.33. Устройство широкополосной коаксиальной терми- сторной головки: 1 — коаксиальный вход с волновым сопротивлением 50 ом; 2 — четверть- волновый трансформатор; 8 — четвертьволновый короткоза~м~инутый шлейф; 4 — термиотор; 5 — изолирующая прокладка; б — вывод термиотора по по- стоян~н~аму току мисторного моста с питанием от постоянного тока показана на рис. 8.34. В отсутствие высокочастотной мощности через термистор, включенный в мост, протекает посто- ~р янный ток.
Величина сопротивления термистора может регулироваться путем изменения тока, протекающе- У + го через мост, с помощью резистора Р'. ТфФ~ЮБУРф При балансе моста, т. е. при нулевом показании Рис 8.34. Принципиальная схема термимикроамперметра в ди- сторного моста агонали моста, внутреннее сопротивление термистора равно Л, т. е в точности равно сопротивлению других плеч моста. Мощность постоянного тока, рассеиваемая при этом в термисторе, равна (8.7) где Хо — полный ток моста (см. рис. 8.34). В результате подачи высокочастотной мощности сопротивле- ние термистора уменьшает".я и баланс моста нарушается. Можно снова сбалансировать мост, уменьшив мощность постоянного тока на величину, равную измеряемой СВЧ мощности.
Обозначая полный ток моста, соответствующий повторной балансировке, через у', получаем мощность постоянного тока, подводимую к термистору, О 2 й' (8.8) Полная мощность, подводимая к термистору при второй балансировке, равна сумме мощности Р' от источника постоянного тока и измеряемой СВЧ мощности Р.
При достаточно малых размерах поглощающего тела обеспечивается эквивалентность нагрева от постоянного тока, питающего мост, и от высокочастотного тока. Следовательно, Ро — — Р, +Р, откуда, используя соотношения (8.7) и (8.8), можно определить величину высокочастотной мощности: 270 Р— 4 (1о Уо ). (8.9) У Таким образом, измеряя два значения тока моста Хо и 1„ можно по известной величине Й найти абсолютную величину высокочастотной мощности Р. Описанный метод носит название измерения мощности при помощи сбалансированного термисторного моста. Помимо этого метода, часто применяют метод прямого отсчета мощности. В последнем случае используются показания микроамперметра, включенного в диагонали того же моста.
Шкала микроамперметра предварительно градуируется непосредственно в единицах мощности — милливаттах или микроваттах. Для повышения чувствительности моста при измерении очень малой мощности часто, применяют усилители. При помощи термисторного моста удается измерять мощность в пределах от нескольких микроватт до 7 — 10 мвт. Расширение диапазона измеряемых мощностей в сторону их увеличения достигается включением на входе термисторной головки калиброванного ослабителя или направленного ответвителя (см. ~ 8.9) . Погрешность измерения мощности с помощью термисторного моста (без учета к. п. д. термисторной головки) имеет порядок +3%.
Коэффициент полезного действия хорошей термисторной головки может составлять 94 -99%. В технике измерений мощности на сверхвысоких частотах, наряду с термисторами, иногда используются бололетры и вакуумные термопары (термопреобразователи) . Болометры отличаются от термисторов тем, что элемент, поглощающий высокочастотную мощность, выполняется не в виде бусинки из полупроводника, а в виде очень тонкой металлической нити. Следовательно, болометры характеризуются положительным температурным ко- эффициентом сопротивления, в отличие от термисторов, имеющих отрицательный температурный коэффициент.
Включение боло- метров в мост и устройство болометрических головок принципиально не отличаются от включения и конструкции термисторных головок. Термисторы обладают рядом преимуществ в сравнении ; болометрами и применяются на практике значительно чаще. Что касается термопар, то их применение в основном ограничено диапазоном метровых и более длинных волн и не представляет большого интереса для основной части диапазона СВЧ. 5 8.7. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ЛИНИИ Измерительная линия — один из наиболее употребительных измерительных приборов в диапазоне сверхвысоких частот.
Принципы устройства измерительных линий были кратко описаны в ~ 7.2. Обычно измерительная линия выполняется в виде отдельного отрезка волновода или жесткой коаксиальной линии с двумя фланцами, позволяющими включать линию в тракт между генератором и нагрузкой. В измерительной волнов одной линии имеется продольная щель, прорезанная в середине широкой стенки волновода. Вдоль щели передвигается небольшой '-ь проволочный зонд. Щель имеет длину в несколько полуволн, чтобы можно было находить несколько максимумов и минимумов стоячей волны. Ширина щели не должна быть большой, чтобы излучение из щели было пренебрежимо малым.
Зонд измерительной линии обычно переходит в ко- аксиальную линию, смонти- Рис. 8.35. Внешний вид волноводной рованную на передвижной измврительной линии 10-сл диапакаретке. Иногда на передвижной каретке размещается короткий отрезок вспомогательного волновода, возбуждаемого штырем, который является продолжением зонда. Детектор, имеюшийся в каретке, согласуется с коаксиальной линией или со вспомогательным волноводом при помощи винтов или поршней. 271 Внешний вид волноводной измеритель ительной линии, а также пло- ля включения в коаксиальный скостной линии, предназначеннои для в тракт, показан на рис.
8.35 и 8.86. змд ительными линиями, следует иметь в виду возможные Работая с измерительным ении КСВ и при определении фазы источники р к пог ешностей при измерении стоячей волны. При отсутствии к онструктивных дефектов, приводящих к отражению волны или к непостоянству связи зонда с основнои линиеи, в линии за счет основная погрешность обусловлена искажением поля в линии за зонда. Рис. 8.36. Внешний вид плоскостной измерительной линии диапазона волн 8 — 30 сл, предназначаемой для включе- ния в коаксиальный тракт Эквивалентной схемой зонда в измерительной линии является полная проводимость У„ включенная параллельно в основной тракт (следует вспомнить свойства смешанных тройников, см. $ 66).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
